ゲノム全領域関連解析による心筋梗塞・脳梗塞・慢 …...cc 1253 (77.0%) 1859...

ゲノム全領域関連解析による心筋梗塞・脳梗塞・

慢性腎臓病の個別化予防システムの開発

三重大学生命科学研究支援センターヒト機能ゲノミクス部門

山田芳司

三重大学疾患ゲノム研究センター

個人に最適な予防法・治療法の選択

個別化医療（オーダーメイド医療）

従来の医療 ✔病気の種類や重症度に応じて投薬 ✔薬効に個人差、副作用が出る可能性

➤治療効果や副作用の予測

➤安全で有効

な治療

➤ゲノム創薬による新薬の開発 ➤遺伝子多型情報に基づく生活習慣病の予防

個人の遺伝情報を活用

疾患感受性遺伝子の同定

個別化予防システムの開発

生活習慣病のゲノム疫学研究

• 脳梗塞・脳出血・くも膜下出血 • 心筋梗塞・冠動脈疾患 • 高血圧 • 2型糖尿病 • メタボリックシンドローム • 脂質代謝異常 • 肥満 • 慢性腎臓病・末期腎不全 • 冠動脈ステント内再狭窄 • 心房細動 • 大動脈瘤 • 骨粗鬆症・骨折 • 変形性関節症

健康増進・健康寿命の延長

健康で活力に満ちた地域社会

高齢者の積極的な社会参加

生活習慣病の個別化医療

パーソナルゲノム時代

個人にとって最適な疾患の予防法・治療法

（個別化医療）医療・社会に貢献

病態解明・治療法開発

心筋梗塞のゲノム全領域関連解析

関連解析

対象集団B 心筋梗塞 1431例対照 3161例

連鎖不平衡ブロックのシークエンシング

SNPチップによるGWAS

対象集団A

心筋梗塞 134例対照 137例

心筋梗塞のゲノム全領域関連解析

70 SNPs （P < 1.0 × 10-7）

SNPsの検出

関連解析

対象集団C 心筋梗塞 643例対照 1347例

関連解析

全対象集団心筋梗塞 2208例

対照 4645例

2 SNPs

独立した3つの集団（合計6853例）で解析し、再現性を確認

2 SNPs

背景因子日本人（n = 6853）

対象集団A （n = 271）

対象集団B （n = 4592）

対象集団C （n = 1990）

心筋梗塞対照心筋梗塞対照心筋梗塞対照

症例数 134 137 1431 3161 643 1347

年齢（歳） 46.9 ± 5.7 75.4 ± 4.4 66.0 ± 10.2 65.8 ± 11.2 63.3 ± 9.3 69.7 ± 8.5

性（男/女, %） 89.5/10.5 47.5/52.5 72.1/27.9 42.8/57.2 75.1/24.9 55.3/44.7

BMI（kg/m2） 25.5 ± 3.9 22.6 ± 3.7 23.5 ± 3.1 23.4 ± 3.2 24.0 ± 3.6 23.4 ± 3.4

喫煙（%） 32.6 10.2 22.1 22.6 42.1 37.0

高血圧（%） 75.9 67.2 73.3 36.0 75.6 58.1

糖尿病（%） 44.8 38.0 43.8 10.0 56.6 31.3

高脂血症（%） 57.5 39.4 55.4 25.4 56.5 45.7

心筋梗塞のゲノム全領域関連解析：背景データ

独立した3つの集団 6,853例（心筋梗塞2,208例、対照4,645例）

遺伝子 SNP（dbSNP）遺伝子型カイ2乗検定ロジスティック回帰分析

心筋梗塞対照 P値（アリル頻度）

P値（優性）

オッズ比（95%信頼区間）

BTN2A1 rs6929846 C→T（5'-UTR） 3.5 × 10-24 6.0 × 10-7 1.51

(1.28–1.77)

CC 1725 (78.5%)

4031 (88.1%)

CT 451 (20.5%)

522 (11.4%)

TT 22 (1.0%) 25 (0.5%)

ILF3 rs2569512 A→G（intron 7） 4.3 × 10-6 0.0021 1.35

(1.12–1.64)

AA 228 (10.4%)

588 (12.8%)

AG 942 (42.9%)

2103 (45.9%)

GG 1028 (46.8%)

1887 (41.2%)

BTN2A1多型、ILF3多型と心筋梗塞との関連：日本人全体

性別 SNP 日本人

BTN2A1 心筋梗塞対照 P値（遺伝子型）

P値（アリル）

男性 rs6929846 C→T（exon 1） 1.2 × 10-14 5.1 × 10-14

CC 1253 (77.0%)

1859 (86.9%)

CT 358 (22.0%)

263 (12.3%)

TT 16 (1.0%)

17 (0.8%)

女性 rs6929846 C→T（exon 1） 4.4 × 10-5 8.6 × 10-6

CC 472 (82.7%)

2172 (89.1%)

CT 93 (16.3%)

259 (10.6%)

TT 6 (1.1%)

8 (0.3%)

日本人の男女別に見たBTN2A1多型と心筋梗塞との関連

性別 SNP 日本人

ILF3 心筋梗塞対照 P値（遺伝子型）

P値（アリル）

男性 rs2569512 A→G（intron 7） 0.0030 0.0007

AA 180 (11.1%)

283 (13.2%)

AG 691 (42.5%)

976 (45.6%)

GG 756 (46.5%)

880 (41.1%)

女性 rs2569512 A→G（intron 7） 0.0031 0.0006

AA 48 (8.4%)

305 (12.5%)

AG 251 (44.0%)

1127 (46.2%)

GG 272 (47.6%)

1007 (41.3%)

日本人の男女別に見たILF3多型と心筋梗塞との関連

P = 0.0343

0

1

2

3

4

5

6

CC CT + TT

Hig

h-se

nsiti

vity

CR

P (m

g/L

)

(n = 664) (n = 91)

BTN2A1遺伝子多型と血清高感度CRP濃度との関連

炎症性疾患の無い対照 755例

血管の炎症

hs-CRPの増加

BTN2A1のTアリル

心筋梗塞のリスク

CTGGTTCACTCACACCCGGCCAATCCTGGGCTCTAAAATACTTAGGGAAC 50 TCTTGGGACTGTGGAAGCCCAGGAGACCAGATTTCGTTTCCTGCATCTCC 100 * AAACATGGCGACCTAGGAGAAAGGGAAGAACAATTTTTTCTCCTCTTTTG 150 GGAAGGTTTGCGTCTAGTAGTGCCTGTGCCCCTGGGCAGATTGGAGAGAA 200 T GAGGGACGACTGGAGAATCGTCGAGAACCAGCGGAGAAAAGAAAAAGCAA 250 CGTTTAATTCTAGAAGGTAGGAAACGGAGGGGAGGCGCTACAGCTCCGGG 300 GTGGGCACAGTAGGTGGGGGA

* 転写開始点 C T

, rs6929846

5′–

–3′

BTN2A1遺伝子の5′-UTR

転写開始点

開始コドン SNP

76 bp 600 bp

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Control C allele T allele

Rel

ativ

e lu

cife

rase

act

ivity

P = 0.046

(n = 10) (n = 10) (n = 10)

BTN2A1遺伝子多型の転写活性への影響

C

T

SV40

SV40

SV40 Luciferase

Luciferase

Luciferase

Control C allele T allele

pGL3-promoter vector

転写の亢進

BTN2A1のTアリル

BTN2A1遺伝子の過剰発現による動脈硬化関連遺伝子の発現の変化

Fold

diff

eren

ce (t

est/c

ontr

ol)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Control ELN MMP3 IL5

BTN2A1 β-Actin

50 40

kDa

HEK293細胞にBTN2A1をトランスフェクションし、動脈硬化関連84遺伝子の発現変化を解析

B

C

ILF3

BTN2A1

Endothelium

Necrotic core

Media and capillary

F

E Necrotic core

A

D SMC

EC

冠動脈血栓部位の免疫組織染色

心筋梗塞のリスク予測（年齢・性別・BMI・喫煙・高血圧・糖尿病・脂質異常症・10 SNPs）

症例

数（

%）

対照心筋梗塞

72歳男性：高血圧・糖尿病予測確率 0.5

高血圧・糖尿病を治療予測確率 0.2

リスクレベル（予測確率）

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

対照の平均 0.25

心筋梗塞の平均 0.46

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Sensitivity Specificity

Risk level (prediction probability)

Sens

itivi

ty/s

peci

ficity

心筋梗塞のリスク予測の感度（sensitivity）と特異度（specificity）

感度70%、特異度70%

アテローム血栓性脳梗塞の

ゲノム全領域関連解析

脳梗塞脳出血くも膜下出血

関連解析

対象集団B （病院受診者：94

例を除く）脳梗塞 705例対照 3426例

連鎖不平衡ブロックのシークエンシング

SNPチップによるGWAS

対象集団A

（病院受診者）脳梗塞 131例対照 135例

脳梗塞のゲノム全領域関連解析

アミノ酸置換を伴う SNPs、タグSNPsの検出

関連解析

対象集団B （病院受診者）

脳梗塞 790例対照 3435例

関連解析

対象集団C （一般住民）


関連解析

全症例


3 SNPs

4 SNPs

独立した3つの集団（合計6,341例）で解析し、再現性を確認

100 SNPs （P < 1.0 × 10-7）

対象集団A （n = 266）

対象集団B （n = 4225）

対象集団C （n = 1850）

脳梗塞対照脳梗塞対照脳梗塞対照症例数 131 135 790 3435 71 1779 年齢（歳） 65.9±9.1 75.4±4.3 69.4±11.3 65.4±11.2 72.2±6.0 71.7±5.5

性別（男/女, %） 65.7/34.3 47.8/52.2 58.0/42.0 44.8/55.2 50.7/49.3 52.5/47.5 BMI（kg/m2） 23.5±3.5 22.6±3.7 22.6±4.2 23.4±3.3 23.5±2.8 23.2±3.0 喫煙（%） 13.0 10.3 31.3 22.6 36.6 37.3

高血圧（%） 90.1 75.7 63.3 38.4 54.9 42.4 糖尿病（%） 48.1 37.5 34.4 13.0 9.9 7.7 高脂血症（%） 57.3 40.4 25.4 24.6 25.4 22.1

脳梗塞のゲノム全領域関連解析：背景データ

独立した3つの集団 6,341例（脳梗塞992例・対照5,349例）

Yamada et al. Atherosclerosis 2009;207:144-9.

遺伝子 SNP（dbSNP）遺伝子型カイ2乗検定ロジスティック回帰分析

脳梗塞対照 P値（遺伝子型）

P値（優性モデル）


CELSR1 ｒs6007897

A→G（Thr2268Ala）

0.0001 0.0006 1.85 （1.29-2.61）

AA 940（95.0）

5147（97.3）

AG 50 （5.1）

144（2.7）

GG 0（0） 0（0）

CELSR1 rs4044210

A→G（Ile2107Val）

0.0001

0.0010

1.78 （1.25-2.50）

AA 938（94.8）

5137（97.1）

AG 52 （5.3）

154（2.9）

GG 0（0） 0（0）

脳梗塞のゲノム全領域関連解析

Yamada et al. Atherosclerosis 2009;207:144-9.

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

1 2 3 4 5 6 7 8

脳梗塞のリスク予測（年齢・性別・BMI・喫煙・高血圧・糖尿病・脂質異常症・7 SNPs）

対照脳梗塞

症例

数（

%）

57歳男性：高血圧・糖尿病・脂質異常症予測確率 0.53

高血圧・糖尿病・脂質異常症を治療予測確率 0.08


脳梗塞の平均 0.27

対照の平均 0.14

Sens

itivi

ty/s

peci

ficity



0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8

脳梗塞のリスク予測の感度（sensitivity）と特異度（specificity）


多発性嚢胞腎

腎硬化症

糖尿病性腎症

慢性腎臓病（CKD）のゲノム全領域関連解析

関連解析対象集団B

CKD 910例対照 838例

ゲノム全領域関連解析対象集団A


慢性腎臓病（CKD）のゲノム全領域関連解析

5 SNPsの検出（FDR < 0.5）

関連解析対象集団C


関連解析対象集団B+C


独立した3つの集団（合計3851例）で解析し、再現性を確認

5′-UTRのSNPsおよびアミノ酸置換を伴うSNPsの追加

（合計27 SNPs）

3 SNPsの検出（FDR < 0.5）

背景因子対象集団A （n = 501）

対象集団B （n = 1748）

対象集団C （n = 1602）

CKD 対照 CKD 対照 CKD 対照

症例数 252 249 910 838 190 1412

年齢（歳） 65.8 ± 8.7 71.8 ± 6.0 69.4 ± 9.5 59.5 ± 11.5 72.6 ± 9.0 48.8 ± 13.2

性（男/女, %） 70.6/29.4 53.4/46.6 65.8/34.2 56.2/43.8 62.6/34.7 49.3/50.7

BMI（kg/m2） 23.7 ± 3.4 22.6 ± 3.6 23.5 ± 3.8 23.5 ± 3.7 23.5 ± 3.3 22.7 ± 3.7

喫煙（%） 30.9 23.2 31.5 25.8 40.5 33.2

高血圧（%） 85.3 77.9 82.1 63.0 72.6 23.2

糖尿病（%） 59.8 50.2 50.0 41.5 29.0 11.9

高脂血症（%） 54.8 40.6 49.0 43.8 58.4 39.2

血清Cr（mmol/L） 291 ± 270 46 ± 8 203 ± 234 48 ± 9 111 ± 35 52 ± 9

eGFR（mL min-1 1.73 m-2） 25 ± 12 106 ± 22 35 ± 14 107 ± 26 42 ± 8 101 ± 10

慢性腎臓病（CKD）のゲノム全領域関連解析：背景データ

染色体領域 SNP（dbSNP）

遺伝子型カイ2乗検定ロジスティック回帰分析

CKD 対照 P値（アリル頻度）

P値（優性）


3q28 rs9846911 （A→G） 0.0007 0.0033 0.67

(0.51–0.87)

AA 965 (87.9%)

1890 (84.0%)

AG 130 (11.8%)

336 (14.9%)

GG 3 (0.3%)

24 (1.1%)

慢性腎臓病（CKD）の発症に関連する遺伝子多型：全対象

染色体領域

SNP（dbSNP）



P値（優性）


3q28 rs9846911 （A→G） 0.0013 0.0186 0.62

(0.41–0.92) AA 453 (88.1%) 424 (82.2%) AG 57 (11.9%) 88 (17.1%) GG 0 (0%) 4 (0.8%)

ALPK1 rs2074381 （A→G） 0.0105 0.0096 0.59

(0.40–0.88) AA 448 (87.8%) 425 (82.4%) AG 60 (11.8%) 86 (16.7%) GG 2 (0.4%) 5 (1.0%)

ALPK1 rs2074380 （G→A） 0.0208 0.0204 0.64

(0.44–0.93) GG 440 (86.4%) 419 (81.4%) GA 67 (13.2%) 91 (17.7%) AA 2 (0.4%) 5 (1.0%)

慢性腎臓病（CKD）の発症に関連する遺伝子多型：糖尿病症例

染色体領域 SNP（dbSNP）



P値（優性）


3q28 rs9846911 （A→G） 0.0002 0.0017 0.61

(0.45–0.83)

AA 779 (88.1%)

704 (82.3%)

AG 103 (11.7%)

142 (16.6%)

GG 2 (0.2%)

9 (1.1%)

慢性腎臓病（CKD）の発症に関連する遺伝子多型：高血圧症例

3種類の遺伝子多型の慢性腎臓病発症への影響（糖尿病症例）

0

1

2

3

4

5

6

7

8

症例数 29 124 117 742 10

rs9846911 （0, AA; 1, AG + GG） 1 0 1 0 0

rs2074381 （0, AA; 1, AG + GG） 1 1 0 0 0

rs2074380 （0, GG; 1, GA + AA） 1 1 0 0 1

CKD発症の危険度（オッズ比）

ALPK1遺伝子の免疫組織染色

正常糖尿病性腎症

抗ALPK1抗体

PAS染色

ALPK1遺伝子の過剰発現による腎機能関連遺伝子の発現変化

75

100

150

250

kDa

Anti-ALPK1 Anti-FLAG

Anti-actin

Vect

or a

lone

FLA

G–A

LPK

1

Vect

or a

lone

FLA

G–A

LPK

1

ALPK1

Rel

ativ

e m

RN

A a

bund

ance

0

2

4

6

8

10

12

14

16

SLC22A1 CST3

HEK293細胞にALPK1を過剰発現させ、腎機能関連84遺伝子の発現変化を解析

ALPK1

炎症性サイトカイン

CST3

血管の炎症

動脈硬化

NF-κB MAP kinase (ERK1/2, p38)

慢性腎臓病

腎機能のマーカー

・細胞外マトリックス代謝異常・単球・マクロファージ・平滑筋細胞の血管内膜への遊走

心筋梗塞・冠動脈疾患

腎臓の炎症

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Control CKD

Num

ber

of su

bjec

ts (%

)

64歳男性：高血圧・糖尿病・脂質異常症予測確率 0.68

高血圧・糖尿病・脂質異常症を治療予測確率 0.47


慢性腎臓病（CKD）のリスク予測（年齢・性別・BMI・喫煙・高血圧・糖尿病・脂質異常症・7 SNPs）

対照の平均 0.36 CKDの平均 0.61



Sens

itivi

ty/s

peci

ficity

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

慢性腎臓病のリスク予測の感度（sensitivity）と特異度（specificity）


心筋梗塞・脳梗塞・慢性腎臓の個別化予防システム

遺伝子多型検査

臨床検査によるリスク診断相対危険度喫煙有・無 1.5 肥満有・無 1.7 高血圧有・無 2.3 脂質異常症有・無 2.1 糖尿病有・無 2.8 高尿酸血症有・無 1.4

遺伝因子によるリスク診断遺伝子型相対危険度 IL6 TT 1.5 MTHFR CG 1.7 GP1BA AT 0.8 TNF GG 1.8 IPF1 CC 0.5 FABP2 TG 2.1 BTN2A1 TT 1.5 ILF3 GG 1.4 CELSR1 GG 1.9

総合評価によるリスク診断予測確率（%）心筋梗塞 35 脳梗塞 15 慢性腎臓病 20

年齢・性別・BMI・腹囲・喫煙・血圧・血液検査

（総コレステロール・中性脂肪・ LDL・HDL・血糖など）

遺伝因子の解析

クライアント（検査希望者）

一般臨床検査

家族歴

新技術の特徴

心筋梗塞、脳梗塞、慢性腎臓病についてゲノム全領域関連解析を行ない、各疾患の発症に強く関連する新規の遺伝子多型を特定し、それらの遺伝情報を用いて個別化予防システムを開発した。したがって、新規性が高く、精度の高い予防システムであるため、事業化の可能性が高い。

１）中高年の健康維持、生活の質の向上２）高齢者の健康寿命の延長、社会貢献の促進３）高齢化地域の経済活動の維持、医療費増加の抑制

１）心筋梗塞の個別化予防２）脳梗塞の個別化予防３）慢性腎臓病の個別化予防

従来技術との比較

想定される用途

本技術に関する知的財産権発明の名称：慢性腎臓病の遺伝的リスク検出法出願番号：特願2013-51824 出願人：三重大学、メディカルインテグレーション発明者：山田芳司、島田和典発明の名称：脳梗塞の遺伝的リスク検出法出願番号：特開2010-166844 出願人：三重大学、G&Gサイエンス、理化学研究所発明者：山田芳司、小島俊男、村上和美発明の名称：冠動脈疾患の遺伝的リスク検出法出願番号：特開2011-172543 出願人：三重大学、G&Gサイエンス、理化学研究所発明者：山田芳司、小島俊男、越坂卓也

お問い合わせ先

国立大学法人三重大学

社会連携研究センター知的財産統括室

TEL: 059-231-5495

FAX: 059-231-9743

E-mail: [email protected]

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